磁学基础与磁性材料 2物质磁性.pptVIP

第二章 物质的磁性 上一章，我们学习了一些基本磁学量、磁性体的分类，磁性材料的磁化曲线和磁滞回线及一些相关参数等。 这一章介绍一些磁性起源方面的内容。 2.1 原子磁矩 原子的磁矩主要来源于 电子轨道磁矩和电子自旋磁矩。 物质的磁性起源于原子磁矩。 2.1.1 原子核外电子排布规律 核外电子的分布必须满足两个原理： ⑴泡利不相容原理 （原子中的每一个状态，只能容纳一个电子） 　 ⑵ 能量最低原理 （体系的能量最低时，体系最稳定） 以Fe原子为例。 当电子填满电子壳层时，各电子的轨道运动及自旋取向就占据了所有可能的方向，形成一个球型对称集合，这样就使得电子本身具有的动量矩和磁矩必须互相抵消。这样就使得满电子壳层的总动量矩和总磁矩都为零。 只有没有填满电子的壳层上才有未成对的电子磁矩对原子的总磁矩作贡献，这种没有填满的壳层，称为磁性电子壳层。 2.1.2 电子轨道磁矩 2.1.3 电子自旋磁矩 2.1.4 角动量耦合和原子总磁矩 原子中的角动量耦合方式有两种途径： ⑴ j - j 　　　⑵ 轨道-自旋耦合（L-S耦合） 还是以Fe原子为例来计算原子磁矩 2.2 抗磁性 抗磁性是一种弱磁性。相对磁化率为负值且很小，一般数值为10-5量级。 2.3 顺磁性 顺磁性是一种弱磁性。相对磁化率为正值，大小为为10-6 – 10-3量级。 顺磁性朗之万理论认为：原子磁矩之间无相互作用，为自由磁矩，热平衡态下为无规则分布，受外加磁场作用后，原子磁矩的角度分布发生变化，沿着接近于外磁场方向作择优分布，因而引起顺磁磁化强度。 2.4 铁磁性 2.4.1 铁磁性简介 铁磁性是一种强磁性。 铁磁性物质的基本特征： 第一、铁磁性物质内存在按磁畴分布的 自发磁化； 第二、铁磁性物质的磁化率很大； 第三、铁磁性物质的磁化强度与磁化磁场强度之间不是单值的函数关系，显示磁滞现象，具有剩余磁化强度，其磁化率都是磁场强度的函数； 第四、铁磁性物质有一个磁性转变温度— 居里温度； 第五、铁磁性物质在磁化过程中，表现出 磁晶各向异性和磁致伸缩现象。 为什么未经磁化的铁都不具有磁性？ 2.4.2 外斯分子场理论 2.4.3 海森堡交换相互作用模型 交换相互作用的基本原理可以通过分析氢分子中的两个电子的相互作用来说明。 在铁磁性自发磁化理论的发展史中，海森堡理论的主要成就是第一次正确说明了自发磁化的本质，指出分子场的性质和来源是由于电子间的静电交换相互作用。 2.5 反铁磁性 ２.5.1 简介 　　主要特征: ⑴反铁磁性存在一相关温度，叫奈耳温度，以TN表示。 在TN温度以上，表现出顺磁性； 在TN温度以下，表现出反铁磁性； 在T=TN时，其磁化率为极大值。 　　 ⑵ 反铁磁性物质的原子磁矩呈有序排列。 反铁磁性物质大多为离子化合物， 如氧化物（MnO,CoO, NiO, Cr2O3, FeO） 硫化物（α-MnS, β-MnS, FeS） 和氯化物(CuCl·2H2O, FeCl2,CoCl, NiCl)等 反铁磁性物质的出现，具有很大的理论意义，但一直没有得到实际的应用。 2.5.2 “次晶格”及定域分子场 2.5.3 超交换作用模型 反铁磁性和亚铁磁性的晶体，都是离子晶体。如NiO,FeF2,Fe3O4等是一些磁性离子与非磁性离子相间而组成的化合物。 1934年克雷默首先提出了一种交换作用模型----超交换作用模型，用来解析反铁磁